虚实结合的开放式电类实验教学模式研究

杨蕊 杨蒙 任继红 郭海燕

摘   要：针对我校电工电子实验中心的现状和不足，对实验教学进行如下改革：优化教学体系、整合教学内容，引入仿真教学，研发高质量教学资源，探索虚实结合的开放式电类实验教学模式。实践表明，新的教学模式可以促进教学水平的提高，培养学生的实践创新能力，提高高校实验室在人才培养中的作用。

关键词：虚实结合  开放教学模式  创新能力

中图分类号：G642.0                                文獻标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0192-02

实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要手段[1]。电类实验作为理工科学生必修的一门专业基础实验，具有很强的理论性、实践性和工程性。然而，由于电工电子技术更新快，教育投资有限，难以建立与时俱进的电类实验教学硬件环境;并且在传统的实验教学模式下，学生只能根据实验步骤被动地完成实验，几乎没有主动思考，这必然会影响学生创新能力的培养[2]。因此，建设一个虚实结合的开放式电类实验教学模式是培养学生创新能力和实践精神的基本条件。

1  电工电子实验中心现状

电工电子实验中心承担着我校7个学院27个专业的《电工电子技术实验》和《模拟及数字电子实验》。2017年，我校草堂校区电工电子实验中心正式投入使用，更新了实验设备，扩大了教学规模，给实验教学带来很大便捷，但教学模式上仍然以传统封闭式教学为主，存在以几下方面问题：

（1）实验教学以课堂教学为主，大大降低了学生主动参与实验的兴趣;实验项目以验证性的经典实验为主，教学内容缺少更新，与实际脱轨。

（2）我校现有两个校区，会出现跨校区授课的情况，这给实验教学带来诸多不便。

（3）学生的课程设计和毕业设计多以软件为主，少有做硬件电路的，缺乏对学生实践操作能力的培养。

（4）“大学生电子设计大赛”、“飞思卡尔”等学科竞赛对学生的动手能力和创新能力都有很大的锻炼，但是缺少场地和设备，我院鲜有人参加。

为了改善我校现状，本文提出了虚实结合的开放式电类实验教学模式。开放式实验教学模式，让学生不再拘泥于课堂教学，随时随地进行学习，提高了设备的使用率，解决了专业选修和跨校区授课等问题，为课程设计、毕业设计以及学科竞赛提供基础保障;虚实结合的教学模式，能够锻炼学生理论联系实际的能力，提高学生工程实践和科研开发的能力。

2  深化实验教学改革

为了提高学生的实践精神和创新能力，提出了虚实结合的开放式电类实验教学模式。通过建设多层次、模块化的实验教学体系，改革实验教学内容，丰富实验教学方法，构建虚拟仿真实验教学平台，多样化实验教学手段，增强实验教学在培养创新型人才中的作用[3]。

2.1 开放式实验教学体系构建

突破传统实验教学模式，按照内容的难易、掌握的技能以及实现的手段，将开放式实验教学体系分为4个层次、4个模块以及5个结合，如图1所示，给不同专业、不同基础、不同需求的学生提供更多的选择[4]。

2.2 整合优化实验内容

根据开放式实验教学体系，对实验内容进行深化改革，将实验内容整合为基础验证性实验、综合设计性实验、学科竞赛性实验和创新研究性实验，以满足不同学生的需求，达到因材施教的目的[5]。

（1）基础验证性实验以经典验证性实验为主，主要面向学生普及电类基础知识。如常用电类仪器仪表的使用，基本元器件的用法，电路的连接和焊接能力，解决电路故障的能力等[6]。

（2）综合设计性实验针对简单的实际问题，让学生学习工作原理，从电路设计、制作、焊接、调试，完成一个系统的设计过程。

（3）学科竞赛性实验可以将比赛内容转化为开放的实验内容，例如大学生电子设计大赛、挑战杯、飞思卡尔等学科竞赛，比赛内容具有前瞻性，能使学生接触到前沿的知识。

（4）创新研究性实验可以包括老师科研项目的子课题、学生感兴趣并且具有研究价值的内容、有专业特色的课题、“校企合作”引进的内容等。

2.3 “虚实结合”的实验教学手段

实验室现有设备能完成的实验内容比较固定，学生无法自主进行电路的设计和搭建，不利于学生创新能力的培养。我们把传统硬件实验和软件仿真结合起来，构建虚实结合的教学方式，让学生在计算机仿真环境中开展实验，既节约成本又安全，还能加深对实验的理解。

将Multisim、Protues等仿真软件引入实验教学，仿真软件为硬件电路的实现提供了理论依据和设计方案，学生可以通过仿真软件完成电路的功能设计、性能分析、程序编制和调试等。通过虚实结合的教学方法，既能打破时间空间的限制，又能训练学生的电子线路开发能力。

3  研发优质实验教学资源

3.1 编写实验教材

经过多年的实验教学改革实践，课题组老师主编出版了“十二五”规划教材《电工电子技术实验及实训教程》。为适应现代人才培养的需要，教材内容安排上逐步推进，集传统实验、PLC技术，仿真实验为一体，提升了设计性、研究性实验的比例，使实验内容紧跟技术的发展。实验教材已在我校使用了4年，学生反响良好。

3.2 研发实验教学课件及视频

课题组研发了与实验教材配套的教学课件和操作视频。实验课件直观的介绍了实验原理、强调了实验重点和注意事项;操作视频介绍了实验设备、仪器仪表和元器件的使用，直观的演示了仿真软件的操作以及实验的操作过程。

3.3 研发自制仪器

2015年，课题组研发了64套“模电与数电实验装置”，如图2（a）所示，能够实现模电和数电的本科实验教学。2016年，课题组研发了4套“电气控制综合实验装置”，如图2（b）所示，能够通过手动控制、触摸屏控制、APP控制以及远程遥控控制，实现电机的正转、反转、工频运行、变频运行、连续运行以及间断运行等。

两套装置均已应用于实验教学，并且在2016年及2017年分别获得校级自制仪器项目一等奖。

4  结语

通过不断的改革与创新，本次电类实验教学模式改革已在我校15级、16级学生中进行了实践。结果表明，虚实结合的开放式实验教学模式更有利于学生的成长，更有助于创新型人才的培养。我校学生参加电类项目和竞赛的热情空前高涨，并在电子设计大赛、智能车大赛、机器人大赛等比赛中取得不错的成绩。

参考文献

[1] 王香婷，刘涛，张晓春，等.电工技术与电子技术实验教学改革[J].实验技术与管理，2013，30（4）：112-115.

[2] 陈岩，高先池，杨桂朋.大学生开放实验教学的探讨[J].实验科学与技术，2012，10（3）：138-140.

[3] 李翠超，凌芳.虚实结合的虚拟仿真技术在工程训练中的应用[J].实验室科学，2015，18（2）：128-131.

[4] 蒋力立，彭端，杜宇上，等.电工电子分级分类实验教学模式研究与实践[J].实验技术与管理，2016，33（5）：201-204.

[5] 韩绍程，罗长杰.基于CDIO工程教育理念的电类基础实验教学改革探索[J].实验室科学，2011，14（4）：46-47，50.

[6] 郝彦爽，鲁亿方，韩守梅.非电类专业的电子技术实验教学改革[J].实验技术与管理，2018，35（1）：238-240.